KR102180328B1 - 냉각재로의 가스 주입 방법과 제어 시스템 및 원자력 발전소 - Google Patents

냉각재로의 가스 주입 방법과 제어 시스템 및 원자력 발전소 Download PDF

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알렉산드르 이바노비치 필린
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Abstract

본 발명은 원자력 발전소의 냉각재에 가스를 주입하는 방법과 제어 시스템을 개시한다. 이 방법은 냉각재에 주입될 가스를 가스 시스템으로부터 냉각재-상부 공간으로 공급하는 단계; 및 가스를 냉각재-상부 공간으로부터 가스 시스템 내로 주입하는 단계를 포함한다. 기술적인 결과로 오염된 가스의 재사용을 방지한다.

Description

냉각재로의 가스 주입 방법과 제어 시스템 및 원자력 발전소{METHOD AND CONTROL SYSTEM FOR GAS INJECTION INTO COOLANT AND NUCLEAR REACTOR PLANT}
본 발명은 원자력 산업 및 원자력 발전소에 관한 것으로, 특히 액체 금속 냉각재를 갖는 원자력 발전소에 관한 것이다. 동시에, 본 발명은 다양한 비-원자력 발전소에도 적용할 수 있다.
액체 금속 냉각재를 갖는 원자력 발전소의 중요 문제 중 하나는 원자로 구조 재료의 부식에 있다. 부식을 방지하기 위해, 보호 산화물 코팅을 형성하는 기술이 사용된다. 원자로 구조 재료, 예를 들어 스틸의 내식성은 이들 코팅의 완전성에 좌우된다.
언급한 문제는 비-액체 금속 냉각재를 갖는 원자력 발전소 및 비-원자력 발전소 모두에서 발생할 수 있음을 주목해야 한다. 비록, 본 발명은 액체 금속 냉각재를 갖는 원자력 발전소와 관련하여 설명하지만, 비-액체 금속 냉각재를 갖는 원자력 발전소 및 비-원자력 발전소 모두에서 사용할 수도 있다.
산소는 산화물 코팅을 형성할 목적으로 적용할 수 있다. 특허 RU2246561 (2005 년 2 월 20 일 허여됨)에는 냉각재에 산소 가스를 직접 주입하거나, 또는 냉각재 표면, 가령 냉각재에 가까운 가스 챔버에 산소를 공급함으로써, 냉각재의 산소 농도를 증가시키는 방법이 개시되어 있다. 후자의 경우 산소는 흡인을 통해 냉각재를 관통한다. 철, 크롬 및 구조 재료의 기타 성분이 납 및/또는 비스무트와 같은 냉각재 성분보다 산소에 대해 더 높은 화학적 친화력을 갖는 사실로 인해, 냉각재 성분 중 산화물 형태로 액체 금속 냉각재에 삽입된 산소는 구조 재료의 성분을 산화시키고, 적절한 산소 농도로, 원자로 벽의 표면에 보호 산화물 코팅을 형성하게 된다. 이러한 종류의 효과를 보장하기 위해, 냉각재의 산소 농도는 냉각재의 유형과 조성뿐만 아니라, 원자로 설계 및 구조 재료에 좌우되는 특정 한계 내에서 유지되어야 한다.
산소 외에 기타 가스가 냉각재에 주입될 수 있다. 그러한 방법의 단점 중 하나는, 냉각재로의 가스 주입이 냉각재 표면에 부유하는 거품을 형성하고, 이들 거품에서 나온 가스가 냉각재-상부 공간(above-coolant space)으로 진입하는 점이다. 냉각재에 가스가 존재하고 있는 동안, 먼지, 고체상 입자 및 냉각재에 용해된 성분이 기포를 통과할 수 있다. 따라서 냉각재에 주입된 가스는 냉각재에 머무르면서 냉각재-상부 공간에 진입한 후, 먼지, 고상 입자 및 성분에 의해 오염된다. 그러한 오염된 가스의 재사용, 특히 냉각재로의 가스의 재주입은 냉각재 및 원자로 장비의 오염을 초래한다. 그러므로, 장비 결함과 장비 및 원자로의 전체적인 작동 수명의 감소를 초래한다.
본 발명의 목적은 본 발명의 배경기술에 내재된 단점이 없는 냉각재로의 가스 주입을 위한 방법과 제어 시스템 및 원자로 발전소를 제공하는 데 있다. 특히, 냉각재-상부 공간에 존재하고 이전에 냉각재에 주입되어 그 내에서 오염된 가스의 재사용으로 인한 원자로 냉각재, 용기 및 장비의 오염을 방지하면서, 가스 재사용의 가능성을 제공하는 것이 필요하다.
본 발명의 목적은 원자로 냉각재로의 가스 주입 방법을 이용함으로써 달성된다. 원자로는 가스 시스템에 연결되며, 냉각재에 부분적으로, 그리고 냉각재-상부 공간에 부분적으로 설치되며, 냉각재-상부 공간에 유입한 가스를 냉각재 내로 공급하는 냉각재로의 가스 주입용 장치를 포함한다. 가스 시스템은 원자로에 연결되고, 냉각재-상부 공간으로 가스를 공급하거나 냉각제-상부 공간으로부터 가스를 제거하게 된다.
이 방법은 냉각재에 주입될 가스를 가스 시스템으로부터 냉각재-상부 공간으로 공급하는 단계; 냉각재로의 가스 주입용 장치가 냉각제-상부 공간에 도입된 가스의 압력을 냉각재 압력보다 높게 유지하도록 작동함으로써 냉각제-상부 공간에 도입된 가스를 냉각재에 주입하는 단계; 및 가스를 냉각재-상부 공간으로부터 가스 시스템 내로 주입하는 단계를 포함한다.
본 발명의 가능한 실시예 중 하나에서, 가스는 가스 시스템으로부터 냉각재-상부 공간으로 연속해서 공급되고, 냉각재로의 가스 주입 중에 냉각재-상부 공간으로부터 가스 시스템으로 연속해서 제거된다. 본 발명의 다른 가능한 실시예에서, 가스는 냉각재에 주입된 가스에서 요구되는 것보다 길지 않은 시간 동안 냉각재에 주입되어 냉각재 표면에 도달한다.
냉각재-상부 공간으로부터 가스 시스템으로 제거된 가스는 바람직하게는, 여과되어 냉각재-상부 공간으로 재주입된다. 일부 실시예에서, 냉각재로의 가스 주입용 장치 내의 가스 압력은 냉각재-근처 공간(near-coolant space) 내의 가스 압력을 증가시킴으로써 냉각재 압력보다 높게 유지된다. 다른 실시예에서, 냉각재로의 가스 주입용 장치 내의 가스 압력은 냉각재로의 가스 주입용 장치의 적어도 일부를 회전시킴으로써, 가스 주입용 장치 근처의 냉각재 압력의 국부적인 감소에 의해 냉각재 압력보다 높게 유지된다.
본 발명의 목적은 또한, 원자로 냉각재로의 가스 주입용 제어 시스템을 사용함으로써 달성된다. 원자로는 가스 시스템에 연결되며, 냉각재에 부분적으로, 그리고 냉각재-상부 공간에 부분적으로 설치되고, 냉각재-상부 공간으로부터 냉각재로 가스를 공급하는 냉각재로의 가스 주입용 장치를 포함한다. 가스 시스템은 원자로에 연결되며, 보장된 냉각재-상부 공간으로 가스를 공급하거나 그로부터 가스를 제거한다.
제어 시스템은 가스 시스템을 제어하여 원자로의 냉각재-상부 공간으로의 가스 공급을 보장하고, 원자로의 냉각재-상부 공간으로부터의 가스 제거를 보장하는 가스 시스템의 제어 모듈러스; 및 냉각재로의 가스 주입용 장치를 제어하여 냉각재-상부 공간으로부터 냉각재로의 가스 주입을 보장하는 냉각재로의 가스 주입용 장치의 제어 모듈러스를 포함한다.
일부 실시예에서, 가스 시스템의 제어 모듈러스는 냉각재-상부 공간으로의 연속적인 가스 공급 및/또는 냉각재-상부 공간으로부터의 연속적인 가스 제거를 보장하도록 이루어질 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템은 타이머를 포함할 수 있고, 냉각재로의 가스 주입용 장치의 제어 모듈러스는 냉각재에 주입된 가스가 냉각재에 주입된 가스에서 요구되는 것보다 길지 않은 시간 동안 냉각재에 주입되어 냉각재 표면에 도달하는 것을 보장하도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 목적은 또한, 원자로; 원자로 내에 배치된 냉각재; 원자로에 연결되고, 냉각재-상부 공간으로 가스를 공급하거나 그로부터 가스를 제거하는 가스 시스템; 및 상기 냉각재에 부분적으로, 그리고 냉각재-상부 공간에 부분적으로 설치되고, 냉각재-상부 공간으로부터 냉각재로 가스를 공급하는 냉각재로의 가스 주입용 장치를 포함하는 원자력 발전소를 사용함으로써 달성된다. 냉각재로의 가스 주입용 가스 시스템 및 장치는 상술한 실시예 중 임의의 것에 관한 방법 및/또는 상술한 실시예 중 임의의 것에 관한 시스템의 제어 하에 기능하게 된다.
바람직한 실시예에서, 가스 시스템은 루프에 연결되는 파이프, 가스 필터 및 펌프를 포함하며, 이의 선단은 원자로의 냉각재-상부 공간으로부터 가스를 수용하고, 말단은 원자로의 냉각재-상부 공간에 가스를 공급하게 된다.
본 발명은 본 발명의 배경에 내재하는 단점이 없는, 냉각재 및 원자로 발전소로의 가스 주입을 제어하기 위한 방법 및 장치(시스템)를 제공한다. 이로부터 원자로 냉각재, 용기 및 장비의 오염 방지와 같은 기술적 결과가 달성된다. 특히, 주입된 가스가 냉각재에 있는 동안 냉각재-상부 공간으로부터 오염되어지게 된 경우, 이 오염된 가스의 제거는 이 공간의 통풍(airing)에 의해 보장되며, 이는 안전성, 신뢰성을 향상시키고, 원자로 발전소의 작동 수명을 연장시킨다.
도 1은 본 발명에 따른 원자로 발전소를 나타내는 개략도이다.
도 2는 가스 시스템의 가능한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 분산기의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 냉각재로의 가스 주입 방법의 실시예를 나타내는 블록도이다.
본 발명은 도 1의 실시예 중 하나에 따라, 차단 밸브(109 및 115)를 각각 구비하는 파이프(108 및 114)에 의해 가스 시스템과 연결된 냉각재(104)를 포함한 원자로(101)를 포함하는 원자로 발전소(가령, 원자력 발전소)에 적용된다. 또한, 원자로는 추진 프로펠러(111)를 갖는 순환 펌프(110), 전력을 갖는 분산기(112) 및 제어 단자(113)를 포함할 수 있다.
원자로(101)는 탱크이고, 그의 벽(102)은 스틸과 같이, 원자로 발전소의 안전한 작동에 필요한 적절한 기계적, 열적, 방사선 및 기타 유형의 내구성을 갖는 구조 재료로 제조된다. 원자로 발전소의 안전한 작동은 원자로(101)의 코어(103)가 방사성 핵분열 과정에서 에너지를 방출하는 방사성 물질을 함유하는 사실로 인해, 특히 중요하다. 열의 형태로 적어도 이러한 에너지의 특정 양자는, 원자로에 배치되고 코어와 접촉하는(즉, 방사성 물질이 냉각재에 주로 배치된다) 냉각재(104)로 전달되고, 추가로 열교환기(107)로 이송되며, 열 에너지는 방사선 소스로부터 일정 거리에서, 기타 재료(가령, 물, 스팀 및 기타 열 흡수 재료)로 전달된다. 본 발명의 일부 실시예에서, 열교환기는 기타 매질의 가열 또는 터빈의 작동에 사용될 수 있는 증기를 발생시키도록 설계된 증기 발생기일 수 있다. 열교환기(107)의 하류에서, 열에너지는 방사선 오염의 위험없이 원자로 외부의 시설을 통해 전달되고, 따라서 원자로 내에서 농축된다. 이와 관련하여, 주변 지역의 방사선 오염으로 인한 과도하고 원치 않는 장기간 영향으로 인해, 원자로의 강도와 안전한 작동을 특히 강조한다. 코어(103)로부터 원자로의 열교환기(107)로 열을 장기간 효율적으로 전달하기 위해서는, 코어 및 열교환기를 커버하는 회로에서, 냉각재가 원자로(101) 내를 순환하는 것이 바람직하다. 순환을 보장하기 위해, 추진 프로펠러를 갖는 펌프(110)를 사용하는 것이 바람직하다.
원자로(101)의 강도를 유지하는 중요한 인자 중 하나는, 시간 경과에 따라서원자로 벽(102)의 구조 재료, 그의 보강재, 고정구, 강도 및 기타 요소가 허용 가능한 수준 이상으로 부식되는 것을 방지 또는 완화시키는 것이다. 냉각재(104)로서 나트륨, 리튬, 납, 비스무트 등의 액체 금속으로 이루어진 냉각재가 사용되는 경우, 위에서 언급한 인자 역시 고려해야 한다. 중금속(납, 비스무트)은, 특히 화재의 위험성이 낮아 높은 안정성을 보임으로써, 경금속에 비해 장점을 갖는다.
게다가, 중금속으로 제조된 냉각재는 물이 침투하는 경우에, 그들이 지닌 물성의 안정성 측면에서 장점을 갖는다. 당연히, 그러한 냉각재의 물리적 및 화학적 특성은 물이 침투하는 경우 변화되지만, 그러한 변화는 크게 중요치 않으며, 추가적인 작동을 허용한다. 이것은 예를 들어, 열 교환기 또는 증기 발생기 같이 물이 존재하거나 액체 형태로 또는 증기 형태로 유동하는 장비의 사고 가능성 또는 누설을 고려하여, 원자로 발전소의 안전성을 향상시키는 데 유용할 수 있다. 열교환기나 증기 발생기에 결함이 있어도(누설이 있어도), 액체 또는 증기 수의 주입에 대한 물리적 및 화학적 특성의 중요치 않은(무비판적인) 의존성으로 인해, 중금속으로 제조된 냉각재가 그러한 작동 모드를 허용하기 때문에, 결함이 있는(새는) 장비를 수리하거나 교체할 때까지 원자로 발전소가 가동될 수 있다.
원자로의 구조 재료에 대한 부식 작용을 줄이기 위해, 예를 들어, 냉각재 표면 또는 냉각재에 산소를 공급함으로써 (산소를 냉각재에 연속해서 주입하면서) 냉각재와 구조 재료 사이의 경계면에 산화물 코팅을 생성하고; 이때 산소는, 냉각재에 의해 산소가 구조 재료(가령, 스틸)와 반응할 수 있는 원자로 벽을 향해 전달될 수 있고, 구조 재료의 표면에 산화물 코팅의 형태로 산화물을 형성할 수 있는 것이 유리한 것으로 나타났다. 그러한 내식 보호(anticorrosion protection)의 부가적인 장점은 산화물의 낮은 열 전도율로 인해, 냉각재와 원자로 벽 간의 열교환 속도가 감소하는 것이다. 냉각재로의 산소의 주입 및 산소 농도의 증가는, 가스 시스템으로부터 원자로 내로 냉각재-근처 공간까지 산소 가스 또는 산소 함유 가스의 공급에 의해, 및/또는 냉각재로의 그들의 주입에 의해 제공될 수 있다.
냉각재의 산소 농도 값이 너무 높으면, 구조 재료의 산소 유형 부식을 유발할 수 있으며, 이는 원자로 작동 기간의 단축, 냉각재 누출위험 조장, 냉각재의 고상 침착물의 과도한 축적 등을 유발할 수 있다. 예를 들어, 원자로의 감압 및 그 안으로 대기 공기의 침투, 또는 냉각재 내 산소 농도의 과도한 증가를 초래하는 예정된 유지 보수에 의해 야기될 수 있는 냉각재의 과도한 산소 농도를 감소시키거나, 냉각재 정화를 보장하려면, 수소 가스 또는 수소 함유 가스를 사용하거나, 이를 냉각재-근처 공간에 공급하거나 또는 냉각재에 주입하는 것이 가능해야 한다. 수소 가스가 냉각재에 주입될 때, 냉각재 내의 산소와 수소의 상호 작용 및/또는 냉각재 성분의 산화물의 회수로 인해, 냉각재의 산소 농도는 감소된다. 매우 높은 산소 농도는 원자로 벽의 산소 부식의 위험을 초래하므로, 냉각재의 과도한 산소 농도를 감소시키는 것은, 원자로 안전에 있어 중요한 프로세스이다.
산소 또는 수소는 순수한 상태로 주입하거나 또는 예를 들면, 불활성 가스, 중성 가스, 수증기 또는 기타 가스와의 혼합물 등의 가스 혼합물로서 주입할 수 있다. 또한, 일부 경우에, 산소 또는 수소를 함유하지 않지만, 예를 들어 (가령, 원자로 내부면의 부유물 세정을 위해) 불활성 가스만으로 구성된 가스를 주입할 필요가 있다.
냉각재에 가스를 주입하기 위해 3단 회로를 사용할 수 있다. 제 1 단계에서, 산소 또는 수소(또는 기타 가스)는 원자로 발전소의 일부인 가스 시스템에 의해 냉각재(104) 상의 원자로(101) 공간(106)까지 출구를 통해 냉각재-근처 공간으로 주입될 수 있다. 냉각재(104)는 원자로 탱크의 일부분만을 차지하므로, 가열하는 동안 냉각재의 열 팽창으로 인한 원자로 감압의 위험을 감소시킨다. 냉각재(104)의 액면1)("레벨") 상에 배치된 원자로 탱크의 상부(106)는 일반적으로 부식 및 바람직하지 않은 화학 반응을 방지하기 위해, 불활성 가스(He, Ne, Ar) 또는 불활성 가스의 혼합물로 채워진다. (도 1에 나타낸 바와 같이, 냉각재-근처 공간으로) 원자로에 가스를 공급하기 위해, 가스 시스템에는 파이프(108)가 구비되어 있다. 또한, 가스 시스템은 원자로로부터 가스 시스템으로의 가스 배출을 위한 브리더(breather)(115)를 구비한 파이프(114)를 포함한다. 파이프(파이프라인)(108 및 114)의 목적은 원자로(교환 가능함) 내로 가스를 공급하거나 그로부터 가스를 배출하는 데 있다. 또한, 원자로 발전소는 원자로로부터 가스를 공급/배출하기 위한 기타 파이프(파이프라인)를 구비할 수도 있다.
가스 시스템은 도 2의 상세도에서, 파이프라인(파이프)(108, 114, 216) 및 기타 혼합기/분배기, 차단 밸브(109, 115, 211-215)(브리더, 밸브 등), 필터(204), 펌프(202 및 203), 및 가스 시스템에서 통상적으로 사용되고 본 발명의 배경기술에서 공지한 기타 장비(도 2에는 도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 가스 시스템은 가스 소스(201) 또는 다양한 가스 소스와 연결되거나 그들을 각각 구비할 수 있으며, 혼합기에 의한 가스 혼합 및/또는 분배기에 의한 가스 또는 가스 혼합물의 분배를 실행할 수 있으며, 그 기능은 혼합기 자체적으로 실행할 수 있다. 소스로부터 가스 시스템으로의 가스 공급은 차단 밸브(211)에 의해 제어된다.
원자로로의 공급 또는 가스 시스템에서의 사용을 위한 가스 소스는 예를 들어, 산소 및 수소로의 물 전기 분해 설비와 같은 가스 발생 및 정화용 설비로 대표할 수 있다. 압축 가스를 함유하는 가스 메인 라인 또는 가스 실린더나 실린더 시스템도 소스가 될 수 있다. 가스 공급은 가스 실린더 내부의 고압 또는 가스가 저장되는 커패시터로부터의 가스 공급을 위해 제공된 펌프에 의해 실행될 수 있다. 도 2는 고압 고순도 가스를 함유하는 가스 실린더(201)를 개략적으로 나타낸다. 소스로부터의 출구 또는 그들 내부에는 가스 정화를 위해 다양한 크기의 입자를 분리시키기 위한 가스 필터가 구비될 수 있는바, 필터가 없는 경우, 가스 시스템 및/또는 원자로를 손상시키고 가스 및/또는 냉각재 오염을 초래할 수 있다.
가스 시스템의 파이프, 파이프라인, 혼합기/분배기 및 다른 장비를 통해 가스의 이동을 제어하기 위해 차단 밸브(109, 115, 211-215)가 마련되어 있다. 차단 밸브는 브리더, 밸브, 스위치, 콕, 게이트 밸브, 차단기 및 유체/가스 유동 제어에 사용할 수 있는 기타 유형의 장비로 제공될 수 있다. 주로 차단 밸브는 예를 들어 전기, 유압, 레버 드라이브 및 기타 유형의 드라이브에 의한 원격 제어를 제공한다. 원격 제어는 원자로 서비스, 예정된 유지 보수 또는 작업을 실행하는 요원의 안전을 보장한다. 또한, 원격 제어는 많은 수의 차단 밸브를 하나의 장소에서, 가령, 패널에서 제어할 수 있으므로, 전체 상태를 감시하고, 변화하는 상태에 보다 신속하게 대처할 수 있어, 다양한 작업을 수행할 수 있게 한다. 이는 복잡한 운전 모드 시퀀스의 실행을 필요로 하며, 일반적으로 원자로 안전을 향상시킨다.
혼합기/분배기는 혼합 및/또는 분배를 위해 다양한 파이프/파이프라인 및 다양한 장비로 다양한 가스를 공급할 수 있는 여러 파이프/파이프라인의 연결을 통해 제공된다. 예를 들어, 혼합기/분배기는 도 2에 나타낸 바와 같이, 밸브들(109, 211, 212) 사이 또는 밸브(213 및 214)와 필터(204) 사이를 통과하는 파이프 연결에 의해 제공될 수 있다. 혼합은 가스의 높은 확산성 및 서로 침투하여 혼합될 수 있는 능력으로 인해, 파이프/파이프라인 연결 대신에 직접, 또는 파이프/파이프라인이 연결되는, 특수 혼합을 위한 커패시터에서 실행할 수 있다. 가스 혼합의 결과물은 하나 이상의 파이프/파이프라인에 의해 이송될 수 있는데, 다시 말해 하나의 목적 지점으로 이송되거나 여러 목적 지점으로 분산될 수 있다. 또한, 상기 가스는 하나 또는 여러 파이프라인으로부터 유도되어, 해당 소비자 또는 대상 지점으로 가스를 이송하는 (그러한 경우 가스는 분배된다) 여러 파이프라인에 공급될 수 있다. 일부 경우에 혼합기/분배기는 공통 파이프/파이프라인의 모드에서 작동할 수 있는데, 이때 가스는 하나의 파이프로 공급되고, 다른 파이프로부터 제거된다.
차단 밸브에 의해 제어되는 가스 시스템의 작동 모드에서, 그의 상태(개폐, 유속 등)는 가스의 유동 방향을 결정한다. 예를 들어, 소스(201)로부터 파이프(108)로, 따라서 원자로의 벽(102)을 통해 형성되고 있는 냉각재-상부 공간(106)으로 출구를 통해 가스를 공급하기 위해, 브리더(211 및 109)가 열리고 브리더(212)는 닫혀야 한다.
냉각재-상부 공간으로부터 가스 제거가 불가능한 경우, 즉, 브리더(115)가 닫히거나 또는 브리더(213 및 214)가 닫히는 경우, 가스는 소스 내의 가스 압력과 같아질 때까지, 또는 원자로로의 가스 공급에 사용되는 경우, 가압 펌프에 의해 생성될 수 있는 압력과 같아질 때까지, 원자로의 냉각재-상부 공간으로 이송된다.
대안적으로, 냉각재-상부 공간으로부터의 가스 제거가 가능하면, 즉 브리더(115, 214 및 215)가 열리고 브리더(212 및 213)가 닫히면, 파이프(108)에 의해 소스(201)로부터 원자로의 냉각재-상부 공간으로 공급되는 가스는 파이프(114)를 통해 냉각재-상부 공간으로부터 가스 시스템 내로 제거된다. 이 때, 가스는 필터(204)를 통과하여 오염으로부터 정화되며, 파이프(216)를 통해 대기 또는 저장용 공간(가령, 사용후 가스 저장고)으로 제거된다. 그러한 경우에, 냉각재-상부 공간의 환기가 실행된다.
냉각재-상부 공간의 환기는 또한, 소스(201)로부터 가스를 공급하지 않아도 가능하다. 이러한 목적을 위해 필터(204) 및 펌프(202)를 포함하는 가스 시스템 루프(가스 순환 시스템)를 사용할 수 있다. 가스 시스템에 루프를 실행하기 위해서는, 브리더(109, 115, 212 및 213)를 열고 브리더(211 및 214)를 닫을 필요가 있다. 펌프(202)를 작동(스위치 온)시키면, 가스 시스템 루프는 파이프(114)를 통해 냉각재-상부 공간(106)으로부터 가스를 흡인하고, 필터(204)와 펌프(202)를 통과한 가스는 파이프(108)를 통해 공간(106)으로 재공급된다. 펌프(202)가 반대방향으로 가스를 공급할 수 있으면, 가스는 파이프(108)를 통해 공간(106)으로부터 제거되고, 파이프(114)를 통해 공간(106)으로 재진입하게 된다. 그러나, 가스가 펌프를 통과한 후에 가스 여과가 실행되기 때문에, 그러한 경우, 펌프(202)의 작은 입자, 현탁액 및/또는 먼지에 의한 오염이 가능하다. 따라서, 공간(106) 및 가스 루프에서 가스 순환 배열의 바람직한 옵션은 제 1 가스가 필터(204)를 통과한 후, 펌프(202)를 통과하는 방식이다. 그 경우, 펌프 오염의 위험이 감소되고, 수리할 필요 없이 그의 수명이 연장된다. 이러한 구성을 갖는 공간 및 가스 루프에서의 가스 순환은 공간(106)에서 가스의 필터링을 가능케 하고, 필터(204)에 따라 요구되는 정도의 순도를 보장한다. 결과적으로, 냉각재-상부 공간은 외부로부터의 가스 소비없이 순수한 가스로 배출된다.
필터(204)는 먼지, 고상 및/또는 액체 및/또는 젤리 같은 입자 및 기타 가스 오염 불순물의 흡착 및 유지를 허용하는 장치이다. 필터는 불순물의 체류를 보장하는 섬유 유리, 섬유 펠트 등의 섬유성 물질을 함유할 수 있다. 또한, 다양한 스크린, 거즈(gauzes) 등을 사용할 수도 있다. 또한, 필터는 예를 들어 사이클론 필터의 형태로 원심력 또는 중력 집진기로 설계되거나, 그에 결합되거나 그를 포함할 수 있다. 또한, 필터는 냉각기로서 설계되거나 그에 결합될 수 있으며, 이는 필터로부터 정화된 가스가 제거되는 동안, 정화 가스는 그들의 냉각에 의해 공기 스팀으로부터 물로 전환될 수 있게 한다.
상부의 냉각재 환기가 가능한 일부 구성의 경우, 가스는 펌프에 의해 냉각재-상부 공간으로부터 제거되고, 배출 파이프(바람직하게는 필터의 하류)를 지난 후, 대기 또는 사용후 가스 저장고나 처리 장비로 배출된다. 도 2에서, 파이프(114)와 필터(204)를 통해 공간(106)으로부터 가스를 제거하고 이를 배출 파이프(216)에 공급하는 펌프(203)는 그러한 장비로서 사용할 수 있다. 그러한 구성을 제공하기 위해, 브리더(115, 214 및 215)는 열리고, 브리더(213)는 닫혀야 한다. 그러한 경우, 임의의 가스 소스에 의해 냉각재-상부 공간에 임의의 가스를 공급할 필요가 없다. 흡기 파이프와 가스 저장고 또는 대기의 연결을 제공하는 것만으로 충분하며, 저장 공간으로부터의 가스는 가령 배출 펌프에 의해 생성된 냉각재-상부 공간 내의 가스 희박화(감압)에 의해, (바람직하게는 필터를 통해) 냉각재-상부 공간으로 흡인된다. 도 2에 나타낸 가스 시스템 옵션에서는, 고압 가스 소스를 갖지 않고 펌프에 의해서가 아닌 대기 또는 가스 저장고와의 연결을 허용하고 냉각재-상부 공간과의 연결을 갖는 파이프가 없지만, 다른 실시예에서는 그러한 파이프 및 대기 또는 가스 소스와의 그들의 연결을 제공할 수 있다.
가스 시스템의 상기 구성에서, 냉각재-상부 공간의 환기는 다양한 방식으로 제공된다. 첫째, 가스 소스로부터의 가스는 공급 파이프 또는 펌프 헤드 아래를 통해 냉각재-상부 공간으로 공급되고, 냉각재-상부 공간을 통과하여, 공간으로부터의 제거를 위해 독립적으로 파이프로 이송될 수 있다. 둘째, 가스는 추출 펌프에 의해 출구 파이프를 통해 공간으로부터 제거될 수 있으며, 입구 파이프로부터 공간으로 독립적으로 유동하고, 냉각재-상부 공간을 통해 출구 구멍으로 통과할 수 있다. 셋째, 가스가 (펌프에 의해 및/또는 가스 소스로부터) 공급 파이프를 통해 냉각재-상부 공간으로 동시에 공급되고, 상기 공간으로부터 출구 파이프를 통해 펌프에 의해 제거되는 혼합된 버전이 있다. 또한, 루프 구성에서 펌프(202)와 동일한 펌프가 공간으로부터 가스 제거를 실행하고 공간으로 가스를 다시 공급하는 옵션도 있다. 모든 구성 버전은 냉각재-상부 공간으로의 가스의 공급 및/또는 그 공간으로부터의 가스의 제거에 의해 냉각재-상부 공간의 환기를 제공한다.
냉각재-상부 공간에 가스가 주입된 후, 냉각재-상부 공간으로부터 냉각재에 가스를 직접 주입하는 제 2 단계에서 냉각재로의 가스 주입이 실현된다. 냉각재로 가스를 주입하기 위해, 원자로는 냉각재로의 가스 주입용 장치를 구비한다. 이 장치는 부분적으로 냉각재에, 그리고 부분적으로 냉각재-상부 공간에 걸쳐 설치된다. 이 장치는 채널에 의해 서로 연결된 장치의 구멍을 통해 냉각재-상부 공간으로부터 냉각재로 가스를 공급할 수 있게 한다. 하나의 구멍이 냉각재-상부 공간에, 다른 하나는 냉각재 공간에 배치된다. 실시예 중 하나에서, 이 장치는, 일단이 냉각재 위에 타단은 냉각재에 배치되는 한편, 튜브의 단부에서 홀을 연결하는 채널을 갖는 튜브일 수 있다. 다른 실시예에서, 유사한 튜브는, 냉각재-상부 공간으로부터 튜브 내로, 그로 인해 냉각재로 가스를 주입하는 펌프를 구비할 수 있다. 냉각재로의 가스 주입용 장치는 추가로 후술하는 분산기의 구성 및 작동 원리의 형태로 실행될 수 있으며, 또는 냉각재에 가스를 주입하는 것이 가능한 이들 또는 기타 장치 (및 다른 장치)의 조합일 수 있다.
예를 들어, 두 가지 방법으로 냉각재에 가스를 주입할 수 있다. 첫 번째 방법은 냉각재 내부 압력과 비교하여 냉각재-상부 공간에서 증가된 압력을 생성하는 것으로 구성된다 (예를 들면, 냉각재-상부 공간의 가스가 냉각재의 표면 전체를 가압하지 않는 경우, 및/또는 냉각재-상부 공간에 생성되는 증가된 압력이 없는 공간으로 냉각재가 유동할 수 있는 경우). 이는 냉각재로의 가스 주입용 장치보다 낮은 내부 압력을 갖는 냉각재로의 가스의 강제 침투를 유발할 수 있다. 압력 값은 상기 공간 또는 가스 시스템 파이프라인에 연결된 공간 내의 압력 센서에 의해 결정되거나, 또는 유량계를 사용하여 결정될 수 있는 상기 가스 공간으로 펌핑되는 가스의 양에 따라 결정될 수 있다. 이 방법의 단점은 냉각재로의 가스 주입용 장치의 자세(proneness)에 있으며, 코팅제 및 고체상 입자의 형성 또는 고체상 불순물의 침투, 냉각재로의 가스 주입용 장치에서 냉각재 상의 가스로부터의 먼지로 인해 냉각재에 배치된 출구 구멍(구멍들)을 막게 된다. 분산기 출구 구멍의 막힘을 방지하기 위해, 구멍은 주로 냉각재로의 가스 주입용 장치의 이동 요소 상에 구비된다. 이들 요소는 냉각재, 예를 들어 냉각재로의 가스 주입용 장치의 회전 요소의 하단에 설치된다.
다른 방법은, 예를 들어 냉각재로의 가스 주입용 장치 근처에, 냉각재에 저압의 국부적인 영역을 생성하는 것이다 (이로 인해 냉각재로 가스가 흡인된다). 예를 들어, 이것은 냉각재에서 회전하거나 이동하는 냉각재로의 가스 주입용 장치의 요소를 이용하여 행할 수 있다. 실시예 중 하나에서, 이것은 블레이드를 가질 수 있는 분산기의 하부에서 디스크를 사용함으로써 달성할 수 있다. 회전시, 디스크는 원심력의 작용하에 냉각재에 저압 영역을 생성한다. 냉각재-상부 공간으로부터 종방향 채널을 통해 디스크 근처 또는 그 안의 하부 구멍으로 통과하는 가스는 언급한 저압 영역으로 간다. 냉각재, 특히 디스크로의 가스 주입용 장치(가령, 분산기) 근처의 냉각재 속도의 구배로 인해, 즉 분산기 근처의 냉각재가 멀리 떨어진 영역에서보다 빠르게 이동하는 경우, 거품형태로 냉각재에 들어가는 가스는 보다 작은 거품으로 세분화되며, 그로 인해 가스 냉각재의 미세하게 분할된 2 성분 현탁액을 생성한다. 냉각재로의 가스 주입용 장치가 이동하는(회전하는) 요소를 갖고 있으므로, 냉각재는 고체 입자를 세척하는 냉각재로의 가스 주입용 장치의 표면 근처로 이동하고(그 위로 유동하고), 이는 냉각재로의 가스 주입용 장치로부터 고체 입자 및 산화물 코팅을 세척함으로써, 그의 자동 자체 정화를 보장한다. 이러한 특성은 일반적으로 원자로 발전소의 작동 수명과 안전뿐만 아니라, 냉각재로의 가스 주입용 장치의 작동 수명을 증가시킨다.
냉각재로의 가스 주입을 위한 본 발명의 개별적인 실시예에서, 분산기(112)는 원자로(101) 내에서 냉각재 상부의 공간(106)으로부터 냉각재(104)로의 가스 주입용 장치에 기능적으로 설치된다. 이 목적을 위해, 분산기(112)는 냉각재(104) 내에 부분적으로, 그리고 냉각재(104) 근처의 공간(106)에 부분적으로 설치된다. 산소 또는 수소를 함유하는 가스는 가스 시스템 파이프라인으로부터 냉각재에 직접 주입될 수 있지만, 이 경우 파이프라인은 냉각재에 묻히게 되며, 이는 파이프라인의 메움이나 막힘을 초래할 수 있으며, 그로인해, 안전에 영향을 주고, 원자로 발전소의 작동 수명을 단축시킨다.
분산기(112)는 수직으로 설치되며, 이 경우 분산기(112)는 냉각재 및 고체상 산화물이 분산기(이들이 상방으로 이동할 필요가 있다) 내로 침투하지 않도록 또는 막힘을 초래하지 않도록, 그의 작동 수명을 연장시키는 위치에 설정된다. 분산기가 냉각재-근처 공간으로부터 냉각재로 가스를 공급할 수 있으므로, 특수한 경우에 냉각재-상부 공간에 배치된 분산기의 상부에 있는 구멍을 통해 비말 동반된 가스는 분산기 내의 (가령, 축 내의) 채널을 통과하고, 냉각재에 배치된 그의 하부를 통하여 나온다 (가스가 분산되어 나오는 방향은 분산기의 기타 레이아웃에 따라 변경된다).
도 3에 나타낸 실시예에서, 분산기는 2개의 디스크를 가질 수 있으며, 그 중 하나는 회전하고 다른 하나는 회전하지 않는다. 그러한 조합은 디스크들 사이에 냉각재의 저압 영역을 생성하며, 가스는 축이나 하나 또는 2개의 디스크에 있는 구멍으로부터 상기 영역으로 갈 수 있다. 디스크들 간의 거리가 충분히 작고 디스크들 중 하나가 다른 디스크에 대해 상대 회전가능하므로, 양 디스크가 회전하는 경우에 비해 압력은 더 빨리 떨어진다. 결과적으로, 냉각재로의 가스 주입 효율이 향상되고, 기포가 훨씬 작아진다. 즉, 냉각재 내의 가스의 용해 효율이 향상된다.
도 3에 나타낸 고체 전해질 산소 센서는 다음의 주요 요소, 즉, 상부 고정 디스크를 갖는 분산기 하우징(301); 하부 회전 디스크(303)에 연결되는 중공축(302); 분산기를 원자로 용기에 체결하는 플랜지(304); 및 종동 자기 하프-커플링(305)을 사용하여 중공축(302)에 회전을 전달하는 구동 자기 하프-커플링(306)을 갖는 전기 모터(307)로 구성된다. 하프-커플링(306)을 갖는 전기 모터(307)는 원자로 벽(102)의 외부에 설치되며, 하프-커플링(305)은 원자로 벽(102)의 내부에 설치된다.
도 3에 나타낸 바람직한 옵션에서, 분산기의 상부 디스크(고정자)는 분산기 하우징(301)에 견고하게 연결된다. 하부 회전 디스크(303)는 회전축(302)에 연결된다. 하부 디스크 및 축은 중공이며, 그들의 공동이 서로 연결된다. 상부에서 축의 공동은 구멍을 통해 가스 회로에 연결된다. 작은 직경의 구멍(12개 이상의 구멍)이 하부 디스크의 표면에 천공되어 간극이 형성되며, 이들 구멍은 원주 방향으로 배치된다. 상부 디스크 역시, 디스크들 간의 공동 내로 액체 금속을 주입하기 위한 작은 구멍을 가질 수 있다. 상부에서, 회전축은 자기 하프-커플링(305 및 306)에 의해 주파수 변환기로부터 동력을 얻는 밀봉된 전기 모터(307)의 축에 연결된다.
분산기는 축의 상부에 있는 구멍이 액체 레벨보다 높아지고, 상부 및 하부 디스크가 액체 레벨 아래에 있도록 냉각재에 담겨 있다. 밀봉된 전기 모터가 작동하면, 하부 디스크는 소정의 각속도로 회전한다. 하부 디스크의 냉각재의 이동 결과로서 간극에 저압 영역이 형성되며, 이는 하부 디스크의 공동으로부터 상부에 있는 구멍을 통해 간극 안으로 가스의 주입을 유발한다. 냉각재의 속도 구배로 인해, 간극 내에 있는 거품이 잘게 조각나게되고, 냉각재와 함께 미세하게 분할된 기체상은 냉각재의 주요 유동을 따라 간극으로부터 나오게 된다.
분산기의 다른 실시예에서, 하부 디스크는 고정일 수 있고, 상부 디스크는 회전 디스크일 수 있다. 게다가, 냉각재-근처 공간과 디스크 내의 구멍을 연결하는 공동은 축과 하우징 모두에 형성될 수 있다. 구멍은 회전 디스크와 고정 디스크 모두에 만들어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 가스 분산기의 작동 원리는 고속 구배로 유동에 주입되는 액체내 기포의 단편화(미 분쇄화)에 기초한다. 표면 요소에 가해지는 힘 Q의 불규칙성으로 인해, 그러한 유동에서 큰 거품은 작은 거품으로 분해된다. 분산기의 바람직한 옵션에서, 가스 분산기에서 액체의 높은 구배 유동이 회전 디스크와 고정 디스크 사이의 간극에 형성된다. 다른 모든 조건이 동일한 상태에서 기체상 분산의 정도는 유동의 속도 구배에 좌우된다. 디스크 간의 간극을 줄이거나 디스크의 상대 운동 속도를 증가시킴으로써 속도 구배를 증가시킨다.
냉각재-근처 공간에 필수 가스를 주입할 수 있는 가스 시스템의 작동을 제어하고, 및/또는 냉각재-근처 공간에서 증가된 압력을 생성하는 능력을 비롯해, 수동적 상태에서는 (디스크의 회전 없이) 냉각재-상부 공간으로부터 냉각재로 가스를 주입하지 않도록 분산기 작동을 제어하고, 활동 상태에서는 냉각재-상부 공간으로부터 상기 냉각재로 산소 함유 기체를 주입하는 능력으로 인해, 냉각재로의 가스 주입을 조절할 수 있으며, 이때 냉각재로의 가스 주입의 속도(효율)는 디스크의 회전 속도에 좌우될 수 있다. 회전 디스크를 갖는 분산기를 적용하는 것이 보다 합리적인데, 냉각재-근처 공간으로부터 냉각재로 가스를 주입하기 위해 증가된 압력을 생성할 필요가 없이, 분산기를 작동(활성화)시키는 데 충분하고, 따라서 제어 시스템의 작동을 단순화하고 따라서 신뢰성을 향상시키기 때문이다.
분산기를 작동(활성화)시키려면 축과 디스크(또는 축 중 하나와 디스크 중 하나)를 회전시켜야 한다. 이것은 예를 들어, 전기 모터를 사용하여 실행할 수 있다. 전기 모터에 미치는 냉각재의 고온 및 증기의 파괴적인 영향을 감소시키고, 결과적으로 그의 작동 수명을 연장시키기 위해, (비록, 일부 실시예에서는 내부에 배치될 수 있지만) 모터는 원자로의 외부에 배치되어야 한다. 분산기 부품의 회전을 위해, 축이 전동 모터로부터 원자로 벽을 통과할 수 있다. 이 목적을 위해, 벽은 개구를 가져야 한다. 그러나, 원자로의 구조 강도 및 그에 따른 작동 안전성을 향상시키기 위해, 바람직한 실시예는 원자로벽을 사이에 두고 서로 대향으로 설치되는 부품의 자기 결합을 이용하여 전기 모터로부터 분산기 요소로 회전이 전달되도록 한다. 자기 하프-커플링에 의해 형성된 자기장은 원자로 벽의 타측면 상에 배치되는 다른 하프-커플링에 회전력을 전달함으로써, 분산기를 작동시킬 수 있다. 분산기 모터가 원자로의 외부에 배치되면, 전원 전압을 공급하거나 공급하지 않음으로써, 또는 그의 매개 변수를 변경함으로써 전기 모터에 전력을 공급하도록 설계된, 도 1에 나타낸 와이어(케이블)(113)를 통해 이를 제어할 수 있다.
본 발명에서, 전기 모터에 의한 분산기의 작동은 분산기의 "활성화"로 지정하고, 분산기가 작동을 정지했을 때의 전기 모터의 정지는 "비활성화"로 지정한다. 전기 모터의 회전 속도는 2원 방식(컷오프/컷인)으로, 상이한 회전 속도 또는 특정한 범위 내에서 임의의 회전 속도를 설정하는 가능성 등, 다양한 방식으로 제어할 수 있다. 결과적으로, 회전 속도가 높을수록 냉각재에 보다 많은 가스(산소 포함)가 용해되고, 보다 작은 기포가 형성된다.
전술한 바와 같이, 증가된 가스 압력이 냉각재-상부 공간에서 생성되고 분산기가 활성화되지 않더라도, (산소 함유 가스를 포함한) 가스가 냉각재에 주입될 수 있다. 그러나, 이 경우, 분산기의 출구 구멍(구멍들)이 막힐 수 있다. 그러므로, 원자로 장비의 신뢰성을 높이고 작동 수명을 연장하기 위해 (구멍의 막힘 방지는 안전성과 원자로 발전소의 작동 수명 연장을 가져온다), 상기 가스 공급 방법을 냉각재에 적용하는 경우라 하더라도(냉각재-근처 공간에서 가스의 증가된 압력으로 인해 냉각재 내에 가스가 혼입되도록 한 것을 의미한다), 냉각재로의 가스 주입용 장치는 어떤 경우에든 활성화되어야 하므로, 냉각재에 잠긴 하단에서 배출 구멍(구멍들)을 통해 소정의 가스가 냉각재 주위를 흐르도록 하여서, 그 안에/그위에 산화물, 퇴적물, 박막 등의 축적을 방지토록한다.
또한, 그의 활성화 없이도 냉각재로의 가스 주입용 장치를 통해 냉각재 내로 가스가 침투하는 방식으로 실행되는 냉각재-근처 공간에서의 가스 압력의 바로 그러한 제어는 커다란 크기의 거품 형성으로 인해 바람직하지 않을 수 있으며, 이는 예를 들어, 원자로 내부면의 부유 세정에서 덜 효과적이고, 가스 시스템에서의 압력 제어가 분산기 회전의 제어보다 덜 정밀하기 때문에, 냉각재 내의 가스 농도(가령, 산소 또는 수소)제어의 정확성이 크게 낮으며, 결과적으로 분산기의 회전 단(디스크) 근처에서 냉각재의 압력이 국부적으로 감소한다. 따라서, 활성화된 분산기를 사용하여 냉각재에 가스를 주입하는 것이 바람직하다.
가스가 거품 형태로 냉각재에 주입된 후에는 가스의 밀도가 냉각재의 다른 부위 보다 훨씬 낮기 때문에, 표면에 부유하려고 시도한다. 냉각재는 액체이며 (일반적으로, 본 발명은 냉각재뿐만 아니라 다른 액체에도 공기 주입을 위해 사용할 수 있다), 거품이 이동할 수 있다. 아르키메데스의 원리에 따르면, 거품은 상방으로 유동, 즉 부상하게 된다.
냉각재가 원자로에서 순환되는 경우, 즉 냉각재가 예를 들어 펌프(110)와 같은 순환 펌프의 작용에 의해, 폐회로 내에서 이동하고, 냉각재 속도가 냉각재 내의 거품 중 하나보다 높은 경우, 부유하는 거품을 갖는 냉각재의 체적이 원자로 내 냉각재의 표면 (즉, 냉각재-상부 공간에서 2개의 매체: 냉각재(104) 및 가스(106)의 분리 표면(105))에 가까울 때만, 또는 순환이 중지될 때만, 거품은 냉각재에 의해 비말 동반되어, 전체 회로에 걸쳐 이동할 수 있다.
냉각재 내에서 가스가 이동하는 두 가지 경우에, 그러한 거품의 유동은 퇴적물, 고체상 입자, 먼지 등, 원자로 벽의 표면을 세정한다. 그러한 퇴적물, 고체상 입자 및 먼지는 기포에 축적되며, 궁극적으로는 이들이 냉각재-상부 공간에서 가스로 들어가는 냉각재의 표면에서 들어내진다. 그러한 효과는 냉각재에 노출된 원자로 구조물의 부유 세정(그러한 경우 불활성 가스, 수증기, 또는 수소와 수증기의 불활성 가스의 혼합물과 같은 가스 혼합물이 주입될 수 있음)에 사용될 수 있다. 전술한 현상으로 인해, 거품의 상승 속도 및 냉각재에서의 그들의 순환 시간에 의해 규정된 특정 기간 후에 거품 형태의 가스가 냉각재로 주입될 때, 이들 기포는 원자로 벽으로부터뿐만 아니라 냉각재 자체로부터 거품을 침투하여 냉각재의 표면으로 부유할 수 있는 상기 오염물로 채워지며, 냉각재-상부 공간의 가스는 먼지, 고체상 입자 등에 의해 오염된다.
한편, 냉각재로의 가스 주입은 계속될 수 있다. 냉각재-상부 공간의 가스가 오염됨에 따라, 냉각재에 오염된 가스가 주입됨으로써, 냉각재가 세정되지 않고 오염물이 원자로의 벽 및 구조물에 다시 부착될 수 있다. 그 밖에도, 냉각재로의 가스 주입용 장치는 가스가 냉각재로 주입되는 채널을 갖고 있는 사실로 인해, 이 채널을 통한 오염된 가스의 유동은 장치의 막힘 및 장치의 효율(용량)의 손상을 초래할 수 있다. 또한, 냉각재에 침지된 장치 끝단의 구멍 근처인, 냉각재로의 가스 주입용 장치의 출구에 퇴적물의 형성 및 막힘이 발생할 확률이 높기 때문에, 오염된 가스는 그러한 가능성을 증가시키고, 출구 구멍을 오염시키는 경향이 있다. 서로에 대해 회전하는 2개의 디스크를 갖는 분산기가 냉각재로의 가스 주입용 장치로서 사용되는 경우, 디스크들 사이의 공간이 오염되어 분산기의 용량을 감소시킬 수도 있으며, 극단적인 경우에는 서비스 중단을 초래할 수 있고 및/또는 출구 구멍을 막을 수 있다.
이 모든 것은 냉각된 가스를 오염물에 주입하는 것을 피해야 함을 시사한다. 이 목적을 위해, 냉각재에 가스가 주입된 후 제 3 단계에 걸쳐 오염된 가스를 냉각재-상부 공간으로부터 제거한다. 가스 제거는, 예를 들어 배출 파이프를 통해 원자로로부터 가스를 제거하는 추출 펌프에 의해 실행될 수 있다 (일반적으로 펌프의 유입구 측에 장착되어 가스 내에 있는 오염물을 여과시키고, 서비스 중단을 초래하거나 그의 성능을 저하시킬 수 있는 펌프의 오염을 방지하는 필터가 있다). 가스를 공간 내에 주입하기 위한 입구 파이프가 열려 있는 경우, 가스는 냉각재-상부 공간에 공급(주입)된다. 이것은 대기 또는 순수한 가스 저장고로부터의 정화된 가스이거나, 냉각재-상부 공간으로부터 제거되어 여과된 동일한 가스일 수 있다. 가스는 또한, 냉각재-상부 공간에 순수한 가스를 공급함으로써 열린 출구 파이프를 통해 오염된 가스를 밀어내어 강제 배출토록하여 제거할 수도 있다.
제 3 단계의 이용 가능성으로 인해, 오염된 가스는 냉각재-상부 공간으로부터 제거되고 순수한(정화된) 가스로 교체된다. 그러므로, 냉각재에는 순수한 오염되지 않은 가스가 주입되어 냉각재 특성의 저하를 방지하고 그의 교체 필요성을 없애며, 그의 벽으로부터 오염물을 제거하고 그의 발생을 방지함으로써, 원자로의 구조물을 부식으로부터 보호한다. 따라서, 냉각재로의 가스 주입용 장치의 오염 및 막힘을 방지함과 아울러, 수리할 필요없이 그의 수명을 연장시키고 작동 지속 시간을 증가시킬 수 있다.
냉각재로의 오염된 가스의 주입을 방지할 목적으로 냉각재에 가스를 주입할 때, 원자로 발전소, 보다 상세하게는, 가스 시스템 구성요소 및 냉각재로의 가스 주입용 장치의 작동이, 예를 들어, 도 4에 나타낸 방법에 따라 실행될 수 있다. 가스 공급 제어는 단일 제어 장치 또는 여러 모듈러스로 구성된 제어 시스템에 의해서 실행할 수 있다.
일 실시예에서, 냉각재로의 가스 주입용 제어 시스템은, 가스 시스템의 제어를 위한 모듈러스 및 냉각재로의 가스 주입용 장치 제어를 위한 모듈러스를 포함할 수 있다. 가스 시스템의 제어 모듈러스는, 원자로 내 냉각재-상부 공간으로의 가스 공급 또는 이러한 공급의 차단을 제공함과 아울러, 원자로의 냉각재-상부 공간으로부터 가스의 제거 및 가스 제거의 중단을 보장하도록, 가스 시스템, 특히 그의 장비, 펌프, 밸브 등을 제어한다. 이러한 목적으로, 가스 시스템의 제어 모듈러스는, 그의 구성이 도 2에 나타낸 구성에 따라서, 가스의 공급/제거 또는 그의 중단을 제공하도록 하는 방식으로 가스 시스템을 제어할 수 있다. 냉각재로의 가스 주입용 장치의 제어 모듈러스는, 냉각재-상부 공간으로부터 냉각재로의 가스 공급 또는 이러한 공급 차단을 보장하도록, 냉각재로의 가스 주입용 장치를 제어한다. 예를 들어, 분산기를 비롯해 도 3에 나타낸 활성화 및 비활성화 방법도 이 목적을 위해 사용할 수 있다.
도 4에 나타낸 방법을 이용하는 경우, 먼저 단계 401 동안, 냉각재로의 가스 주입이 필요한지의 여부를 점검해야 한다. 가스 주입이 필요치 않으면, 대기 모드가 계속되고 단계 401의 점검이 주기적으로 반복되거나, 냉각재로의 가스 주입의 필요성을 나타내는 명령이 대기한다. 단계 401은 가스 시스템의 제어 모듈러스 및/또는 냉각재로의 가스 주입용 장치의 제어 모듈러스, 또는 특정 일반 제어 모듈러스에 의해 실행될 수 있다.
그러한 경우, 단계 401에서 냉각재로의 가스 주입이 필요하다고 결정되면, 단계 402에서 가스 시스템의 제어 모듈러스 및/또는 냉각재로의 가스 주입용 장치의 제어 모듈러스는, 가스가 냉각재-상부 공간에 공급되는지의 여부를 점검할 수 있다. 가스가 공급되고 있지 않다면, 가스 시스템의 제어 모듈러스는 단계 403에서, 예를 들어 가스가 냉각재-상부 공간에 공급되는 가스 시스템의 구성 중 하나의 배열에 의해, 냉각재-상부 공간으로 가스 공급을 제공한다 (그러한 구성의 예는 도 2를 참조하여 설명되어 있다).
단계 402에서 냉각재-상부 공간에 가스가 공급되는 것으로 판단되거나(냉각재에 공급될 필요가 있는 가스에 대한 공급 가스의 적합성을 확인하기 위해 추가적인 점검을 행할 수도 있다), 또는 단계 403의 완료시에는, 냉각재로의 가스 주입용 장치의 제어 모듈러스는 단계 404를 실행하여 냉각재로의 가스 주입용 장치를 활성화시킨다.
단계 404의 완료 직후 또는 그의 실행 중에, 단계 405에서 타이머는 지정된 시간 간격을 카운트하기 시작한다. 타이머는 별도의 모듈러스의 형태로 제어 시스템에 포함될 수 있으며, 예를 들어 냉각재로의 가스 주입용 장치의 제어 모듈러스에 포함된 기타 모듈러스의 일부일 수 있다. 타이머에 의해 카운트되는 시간 동안, 냉각재로의 가스 주입용 장치는 냉각재에 가스를 계속 주입한다. 타이머에 설정된 시간 간격은 냉각재로의 가스 주입시 냉각재의 표면으로 기포가 부유하는 데 필요한 시간으로 규정할 수 있다. 냉각재 순환이 실행되지 않는 경우, 이 시간은 상당히 짧을 수 있으며, 냉각재로의 가스 주입용 장치의 냉각재로의 가스 주입용 구멍이 위치되는 냉각재의 표면으로부터의 거리(깊이)를 기포의 상승 속도로 나눈 값으로 규정된다. 예를 들어, 도 1에 나타낸 순환 펌프(110)에 의해 유도되는 냉각재가 원자로에서 순환이 되는 경우, 주입된 가스의 거품은 냉각재에 의해 비말 동반되고(이 목적을 위해, 예를 들어, 도 1에서 분산기(112)는 펌프(110) 근처에 배치되고, 프로펠러(111)는 이 프로펠러로부터 냉각재가 하방으로 이동하도록 회전한다), 기포는 전체 회로를 통과한 후 냉각재의 표면까지 부유할 수 있다. 그러한 경우, 타이머에 의해 설정된 시간은 출현 전의 순환 회로의 길이 또는 거품의 경로를 냉각재 순환 속도로 나눈 값과 동일할 수 있다.
타이머에 의해 카운트되는 시간 간격이 만료되면, 냉각재로의 가스 주입용 장치의 제어 모듈러스는 다양한 방식으로 반응할 수 있다. 첫 번째 경우, 냉각재-상부 공간이 순수한 가스로 환기되는지의 여부에 관계없이, 오염된 가스의 주입을 방지하기 위해 단지 냉각재로의 가스 주입을 정지시킬 수 있다. 두 번째 경우, 가스 시스템의 제어 모듈러스가 순수 가스에 의해 냉각재-상부 공간의 중단없는(연속적인) 환기를 제공하는 경우에, 그대로두고 냉각재로의 가스 주입을 계속할 수 있으며; 그러한 경우에 냉각재로의 가스 주입용 장치에 의해 냉각재에 주입된 가스는 순수하며, 오염된 가스로 인한 손상이 방지된다. 세 번째 경우, 냉각재로의 가스 주입용 장치의 제어 모듈러스는, 도 4에 나타낸 방법에 따라 작동할 수 있으며, 이는 처음 두 가지 방법의 조합이다.
단계 405에서 설정된 시간의 타이머에 의한 카운팅의 종료에 이어지는 단계 406에서, 냉각재로의 가스 주입용 장치의 제어 모듈러스는, 가스가 냉각재-상부 공간에 공급되는지의 여부(그의 환기가 실행되는지의 여부)를 점검할 수 있다. 가스가 연속해서 공급되면, 냉각재로의 가스 주입용 장치는 가스의 주입을 계속할 수 있고, 냉각재로의 가스 주입용 장치의 제어 모듈러스는 단계 405로 진행하며, 다시 말해, 설정된 시간 간격이 다시 카운트된다. 가스가 공급되지 않으면, 냉각재로의 가스 주입용 장치의 제어 모듈러스는 단계 407에서 냉각재로의 가스 주입용 장치를 비활성화시키고, 단계 401로 진행하며, 동일한 방법이 다시 사용된다. 방법의 반복성으로 인해, 냉각재로의 가스 주입의 반복 및 자동 제어는 자격을 갖춘 요원의 개입 필요성을 줄이고, 어느 정도까지는, 원자로 발전소의 작동 제어에 그들의 참여를 배제할 수 있다.
도 4에 나타낸 방법의 실시예에서, 냉각재로 중단없는 가스의 주입 기간은 냉각재-상부 공간으로의 가스 공급 기간에 의해 규정된다. 가스 시스템의 제어 모듈러스에 의해 제어되는 가스 공급 모드에 따라, 전체 시스템은 두 가지 모드로 작동할 수 있다. 가스 시스템의 제어 모듈러스가 장기간(단계 405에서 카운트된 시간 간격 이상) 냉각재-상부 공간으로 중단없는 가스의 공급을 제공하는 경우, 도 4에 나타낸 방법에 따라, 냉각재로의 가스 주입은 중단되지 않게 되며, 그의 지속 시간은 가스 시스템으로부터의 가스 공급 기간에 의해 규정된다. 이는 예를 들어 가스 시스템의 제어 모듈러스의 일부인 추가 타이머 또는 기타 장치나 제어 보드에서 전송된 명령에 의해 설정될 수 있다. 가스 시스템의 제어 모듈러스가 짧은 시간(단계 405에서 카운트된 시간 간격보다 짧음)동안, 냉각재-상부 공간에 가스의 공급을 제공하는 경우, 단계 407의 완료시에 도 4에 나타낸 방법에 따라 실행된 단일 사이클 이후에 냉각재로의 가스 주입이 여전히 필요하면, 도 4에 나타낸 방법에 따라 냉각재로의 가스 주입은 단일 샷 또는 비연속으로 된다 (반복하게 된다).
방법 단계는 바람직하게는, 도시하고 설명한 순서로 구현되지만, 일부 실시예에서는 가능할 때마다, 단계는 다른 순서로 또는 동시에 실행될 수 있다.
가스 시스템의 제어 모듈러스의 작동과 냉각재로의 가스 주입용 장치의 제어 모듈러스 간의 상관 관계는 도 4에 나타낸 방법의 구현과 관련하여 상술한 것과 다를 수 있음을 주목해야 한다. 예를 들어, 냉각재-상부 공간으로의 가스 공급 및 냉각재로의 가스 주입은 공동으로 또는 동시에, 혹은 소정의 시간차를 두고 개시 및 종료될 수 있다. 또한, 냉각재-상부 공간으로의 가스 공급이 도 4에서 언급한 경우, 및 전체적으로 본 발명의 설명에서, 예를 들어, 냉각재-상부 공간에서 압력 증가를 필요로 하지 않으면서 이들 모두를 동시에 실행할 수 있으므로, 냉각재-상부 공간으로부터의 가스 제거 또는 공간으로의 가스의 동시 주입 및 냉각재-상부 공간으로부터의 가스 제거와 동등한 것으로 고려할 수 있다. 주요 기준은, 가스가 냉각재에 주입되지 않을 때 또는 연속해서, 오염된 가스를 순수한 가스로 강제 배출/교체할 목적으로 냉각재-상부 공간의 환기를 제공하는 데 있다.
매번 가스를 새로(처음으로) 공급하기 위해, 가스 소스로부터 냉각재 상부의 공간에 순수한 가스를 공급할 수 있다. 다른 경우에, 냉각재 상부의 공간으로 공급되는 순수한 가스가 여과에 의해 냉각재 상부의 공간으로부터 제거된 오염된 가스로부터 얻어질 때, 가스 순환이 가능하다. 이 목적을 위해, 가스 시스템 구성을 이용하여 필터와 펌프를 포함하는 루프를 형성할 수 있다 (상기 설명 참조).
냉각재 내의 압력 값을 초과하는 냉각재-근처 공간(따라서, 냉각재로의 가스 주입용 장치)에 압력을 생성하는 방법을 이용하여 냉각재에 가스를 주입하는 경우, 냉각재 상부 공간의 환기는, 허용된 시간 간격 내에서 증가된 가스 압력의 작용에 의해 냉각재로 가스가 주입된 후에, 배출 파이프 내로 블리딩에 의해 가스 압력이 감소되고, 냉각재 상부의 공간이 환기되는 간헐 모드, 또는 가스가 냉각재-근처 공간에서 증가된 가스 압력을 유지하기 위해 압력 강하를 방지하는 속도로 공간으로부터 배출되는 경우, 연속 모드 중 하나로 수행할 수 있다. 가스 출구 속도는 차단 밸브의 직경 크기, 또는 예를 들어 필터 또는 기타 장비에 의해 생성된 가스 유동에 대한 저항에 의해 제어할 수 있다. 냉각재 상부 공간의 가스 출구 속도 및 환기는 가스 시스템의 상태(구성), 또는 예를 들어 유량계에 의해 결정될 수 있다.
냉각재로의 가스 주입용 가스 시스템 및 장치를 제어하는 모듈러스는, 예를 들어 가스가 공급되거나 공급되지 않는 것을 알려주거나, 또는 정지할 필요가 있거나 가스 공급을 시작하는 것이 가능하다는 것을 알려주는 2원 형식으로 그들 간에 정보를 교환할 수 있다 (일부 경우에, 가스 공급을 직접 금지하거나 다른 모듈러스에 의해 제어되는 장비로의 전력 공급 또는 제어 신호의 전송을 조절하는 신호를 제공할 수 있다). 다른 실시예에서, 모듈러스는 장비의 작동 모드 및 가스 시스템의 상태, 모드 및 작동 파라미터의 변화, 가스 시스템의 작동 및 상태의 변화-가령, 장치의 활성화나 비활성화, 또는 특정 속도에서 차단 밸브의 개방에 관한 정보를 교환할 수 있으며, 이는 특정, 단일, 부분 또는 전체 시간 간격에 대한 순간 값 또는 변동 값으로 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 냉각재로의 가스 주입용 시스템 및 장치를 제어하는 모듈러스는 인접한 모듈러스(특히, 각각 냉각재로의 가스 주입용 장치 및 가스 시스템을 제어하는 모듈러스)에 의해 제어되는 장비나 밸브의 활성화 또는 비활성화(또는 활성도)에 관한 정보를, 장비나 밸브로부터, 또는 드라이버로부터, 또는 장비나 밸브를 제어하는 드라이버나 카드로부터 직접 얻을 수 있다. 따라서, 예를 들어, 냉각재로의 가스 주입용 시스템 및 장치를 제어하는 모듈러스는, 분산기의 상태(활성화, 비활성화 및/또는 활성화도) 및/또는 센서, 차단 밸브(밸브, 브리더 등), 펌프 등의 가스 시스템을 제어하거나 진단하는 장비의 상태(이 장비의 상태는 닫힘/열림 위치, 용량, 유량, 활성화/비활성화 상태 및/또는 활성도로 표현할 수 있다)에 관한 정보를, 분산기 및/또는 가스 시스템 장비(전원 공급 단자 또는 센서)로부터, 및/또는 특정 장비의 보드/드라이버/제어 카드를 비롯해, 냉각재로의 가스 주입용 장치 및 장비를 제어하는 가스 시스템의 제어 모듈러스의 출력으로부터 직접 수신 및/또는 교환할 수 있다.
일부 실시예에서, 냉각재로의 가스 주입용 시스템 및 장치를 제어하는 모듈러스는, 광, 음향 또는 본 발명에 따라 요구되는 작동의 일부를 실행할 필요가 있음을 나타내는 다른 지시를 위한 신호를 발할 수 있다. 그러한 지시는 원자로 발전소를 감시하고 통제하는 요원이 감지할 수 있으며, 이 요원은 예를 들어, 그러한 지시의 감지 후에 취해진 결정에 기초하여, 장비 및/또는 밸브의 활성화/비활성화를 수행하거나, 장비 및/또는 밸브의 활성화/비활성화를 위한 명령을, 냉각재로의 가스 주입용 시스템 및 장치를 제어하는 모듈러스에 내릴 수 있다.
제어 시스템은, 전류 모드에서의 작동이 장비 및 냉각재의 오염을 초래할 수 있는 경우와 같이, 분산기의 비활성화, 및/또는 가스 공급의 종료, 및/또는 냉각재 상부 공간으로의 가스의 공급, 그 공간으로부터 가스 제거의 필요성을 알리는 경고 신호를 형성하도록 설계된 경고 신호 모듈러스를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 제어 장치(제어 시스템)의 구조는 추가, 배제 또는 교체에 의해 얻어지는 대안일 수 있는 기타 구성을 가질 수 있다. 도 4에 나타낸 제어 방법의 블록도를 비롯해, 도 1 내지 3에 있는 원자로 발전소, 기구 및 장치의 실시예는 단지 설명을 위해 제공된 것으로 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 규정된 것으로 제한할 수 있다. 단수로 나타낸 임의의 작용, 대상, 모듈러스, 요소, 장비 및 기타 속성은 그들의 다수가 발전소 또는 방법에 있는 경우에 사용하는 것으로 고려할 수 있으며, 반대로, 복수로 나타내면 하나의 대상 또는 작용이 그러한 속성의 사용을 위해 충분할 수도 있다.
제어 시스템은 자동일 수 있으며, 다시 말해, 시스템은, 이 시스템에 의해 수신되고 처리되는 데이터에 기초하여 모든 결정을 독립적으로 취하고 구현할 수 있다. 그러한 냉각재로의 자동 가스 주입 방법의 장점은 자격을 갖춘 요원이 원자로 발전소 관리에 참여할 필요성이 없어도 되도록 한 데 있다. 그러나, 무제한 정의 피드백(positive feedback)인 경우, 제어주기의 폐쇄로 인해, 원자로 발전소의 작동 조건이 허용 한계를 초과하는 위험을 초래할 수 있으며, 매개 변수의 원하지 않는 편차를 제어 하려는 시도는 매개 변수의 더 큰 편차를 초래한다 (이것은 처리 알고리즘 및 장비 고장의 불완전성으로 인해 발생할 수 있다).
다른 실시예에서, 냉각재로의 가스 주입 제어 시스템은, 데이터 처리 및/또는 의사 결정과 관련된 요원이 구현할 수 있다. 이러한 옵션은 고도의 자격을 갖춘 전문가를 필요로 한다. 이것은 가능한 모든 매개 변수의 고려를 보장하고, 자동 장치와 달리 사람이 현재 상황을 적응해서 예측하고 보안 및 장기적인 운영 문제를 고려하여 활동 계획을 변경할 수 있기 때문에, 원자로 발전소를 위험 또는 임계 작동 모드로 전환하는 것을 배제한다.
요원이 데이터를 수신하고 제어 시스템과 상호 작용할 수 있도록 하기 위해, 원자로 발전소는 조명 지시기(조명 패널, 디스플레이, 정보 보드 등), 오디오 지시기(고음 스피커, 부저, 경보 시스템 등) 및 촉감 디스플레이 같은 기타 지시기 등의 지시 수단을 구비한 제어 보드를 가질 수 있다. 또한, 제어 보드는 필요한 정보를 요청하고 테스트 명령을 입력할 수 있는 입력 장치를 구비할 수 있다. 입력 장치는 버튼, 토글 스위치, 레버, 키보드, 센서, 터치 패드, 트랙볼, 마우스, 센서 패널 및 종래 기술에 공지된 기타 입력 장치일 수 있다. 정보 장비의 다양성을 고려하여, 요원이 보드를 보다 편리하게 사용할 수 있도록 제어 보드를 확장할 수 있다. 장비는 조작 편의와 별개로, 제어 보드의 원격 부분에 빠르고 쉽게 접근할 수 있는 롤링 의자를 포함할 수 있으며, 운영자는 의자 롤의 점진적인 이동으로 인해 현재 위치를 쉽게 푸시하고 원하는 위치로 신속하게 이동할 수 있다.
그러나, 제어 시스템, 자동 시스템 및 요원을 포함하는 시스템의 실시예는 모두 특정한 단점을 갖는 것을 주목해야 한다. 수동 제어는 원자로 발전소의 요구 사항에 비해 데이터 처리 속도가 느리고 요원에 의한 의사 결정과 같은 단점을 가질 수 있다. 반면에, 완전 자동화된 제어 시스템은 데이터 처리 오류 또는 불완전한 알고리즘의 경우 안전하지 않을 수 있다. 결과적으로, 제어 시스템의 조합된 실시예를 구현할 수 있으며, 즉, 데이터 처리 및 제어는 자동 모드로 실행되지만, 지시 수단을 사용하여 데이터가 디스플레이되고, 임의의 파라미터가 허용 한계를 초과하거나(또는 허용된 한계에 접근하면), 또는 필요시에, 자격을 갖춘 요원이 자동 제어 시스템의 작동을 조정하거나 이를 수동으로 제어할 수 있다.
제어 시스템의 모듈러스는 개별 전자 구성요소, 통합형 마이크로회로, 프로세서, 어셈블리, 랙 등을 기반으로 하드웨어로 실행할 수 있다. 제어 시스템은 아날로그, 디지털 또는 이들의 조합일 수 있다. 원자로 또는 제어 보드에 배치된 장비에 전기적으로 연결되며, 그의 작동을 제어하거나 데이터를 처리하는 모듈러스는, 전압, 전류, 주파수, 아날로그 신호의 디지털 신호로, 또는 그 역으로의 변환을 위한 변환기, 드라이버, 전류 또는 전압 소스 및 제어 요소를 포함할 수 있다. 이러한 모든 요소 및 모듈러스는 하나 또는 다수의 장착 플레이트에 배치될 수 있으며, 하나의 보드 또는 구성요소를 공유하거나 그에 따라 분리될 수 있으며, 장착 플레이트를 사용하지 않고 실행 및 설치할 수 있다.
제어 시스템 모듈러스는 또한, 소프트웨어로 실행할 수도 있다. 이 목적을 위해, 프로그램가능한 로직을 갖는 통합형 마이크로회로, 컨트롤러, 프로세서 및 컴퓨터를 하드웨어로서 사용할 수 있으며, 이때 소프트웨어는 원자로 장치 및 장비에 연결된 지시형 마이크로회로, 컨트롤러, 프로세서, 컴퓨터 등에 의해 실행되는 명령 및 코드를 지닌 프로그램을 포함하게 된다. 프로그램은 종래 기술에 공지된 다양한 형태로 실행될 수 있고, 리드 전용 메모리(ROM), 하드 드라이브 및 플로피 디스크, 플래시 드라이브, 광 디스크, 프레임 메모리 등, 컴퓨터에 의해 판독되는 데이터 캐리어일 수 있는 메모리 유닛에 저장되어야 한다. 프로그램은 본 발명에 따른 방법 및 알고리즘의 구현을 위한 코드나 명령의 체인을 전체 또는 일부 포함할 수 있다. 마이크로회로, 컨트롤러, 프로세서 및 컴퓨터는 별도로 배치되거나 제어 보드에 포함될 수 있는 입/출력 장치에 연결될 수 있다. 제어 시스템의 개별 모듈러스는 소프트웨어 모듈러스이거나 하나 또는 다수의 프로그램으로 결합될 수 있으며, 또는 다수의 소프트웨어 패키지 또는 요소에 결합될 수 있다.
제어 시스템과 그의 모듈러스는 하드웨어 및 소프트웨어 모두로서 실행될 수 있으며, 다시 말해 모듈러스의 일부 또는 모든 모듈러스는 하드웨어로 실행될 수 있고, 모듈러스 또는 제어 장치의 일부는 소프트웨어로 구성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 원자로 장비의 (냉각재로의 가스 주입용 가스 시스템, 장치의) 제어 모듈러스 및 센서 변환 모듈러스는 하드웨어로 구성할 수 있고, 데이터 및 명령을 처리하기 위한 모듈러스, 정보 디스플레이 처리 파라미터(가령, 임계 값 및 허용 값)의 제어는 컴퓨터, 프로세서 또는 컨트롤러에 기초하여 소프트웨어로서 구성할 수 있다. 또한, 특수화된 마이크로회로를 제조할 수 있다. 그러한 회로는 이들 회로에 다운로드될 데이터 처리의 프로그램 또는 매개 변수와 함께 필요한 모든 하드웨어 요소를 포함해야 한다.
바람직한 실시예에서, 모든 전자적 요소 및 기타 요소와 구성 요소들은, 전리 방사선의 소스일 수 있는 원자력 발전소의 일부로서 전체 시스템의 작동성 및 구성 요소의 작동을 허용함으로써, 사고 조건에서도 원자로 작동 제어 능력을 유지하고 부작용을 방지하고, 향상된 안전성과 긴 작동 수명을 보장할 수 있도록 방사선에 강한 형태(radiation-resistant)로 제조되어야 한다.

Claims (11)

  1. 원자로의 냉각재에 가스를 주입하는 방법에 있어서,
    원자로에 연결되는 가스 시스템; 및 원자로 내에 들어 있는 냉각재 내에 부분적으로 수용되고, 그리고 냉각재-상부 공간에 부분적으로 수용되게 설치되어, 상기 냉각재-상부 공간에 주입된 가스를 다시 상기 냉각재 내부로 공급하는 냉각재로의 가스 주입용 장치;를 포함하고 있으며, 상기 가스 시스템이 상기 냉각재-상부 공간(above-coolant space)으로 가스를 공급하고, 그 냉각재-상부 공간으로부터 가스를 제거하도록 원자로에 연결하되,
    - 상기 냉각재에 주입될 가스를 상기 가스 시스템으로부터 상기 냉각재-상부 공간으로 공급하는 단계;
    - 상기 냉각재와 냉각재 상부-공간에 걸쳐 설치되어진 냉각재로의 가스 주입용 장치가 냉각재 상부-공간에 주입된 가스 압력을 냉각재 압력보다 높게 유지하도록 작동됨으로써 상기 냉각재 상부 공간에 주입된 가스를 다시 상기 냉각재 내에 주입하는 단계; 및
    - 상기 냉각재-상부 공간으로부터 가스를 상기 가스 시스템 내로 주입하는 단계를 포함하는 원자로의 냉각재에 가스를 주입하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    가스는 상기 가스 시스템으로부터 상기 냉각재-상부 공간으로 연속해서 공급되고, 또는 상기 냉각재로의 가스 주입 중에 상기 냉각재-상부 공간으로부터 상기 가스 시스템으로 연속해서 제거되는 것을 특징으로 하는 원자로의 냉각재에 가스를 주입하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    가스는 냉각재에 주입된 가스에서 요구되는 것보다 길지 않은 시간 동안 냉각재에 주입되어 냉각재 표면에 도달하는 것을 특징으로 하는 원자로의 냉각재에 가스를 주입하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각재-상부 공간으로부터 상기 가스 시스템으로 제거된 가스는 여과되어 상기 냉각재-상부 공간으로 재주입되는 것을 특징으로 하는 원자로의 냉각재에 가스를 주입하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각재로의 가스 주입용 장치 내의 가스 압력은 냉각재-근처 공간(near-coolant space) 내의 가스 압력을 증가시킴으로써 냉각재 압력보다 높게 유지되는 것을 특징으로 하는 원자로의 냉각재에 가스를 주입하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각재로의 가스 주입용 장치 내의 가스 압력은 냉각재로의 가스 주입용 장치의 적어도 일부를 회전시킴으로써, 가스 주입용 장치 근처의 냉각재 압력의 국부적인 감소에 의해 냉각재 압력보다 높게 유지되는 것을 특징으로 하는 원자로의 냉각재에 가스를 주입하는 방법.
  7. 원자로에 연결되는 가스 시스템; 및 원자로 내에 들어 있는 냉각재 내에 부분적으로 수용되고, 그리고 냉각재-상부 공간에 부분적으로 수용되게 설치되어, 상기 냉각재-상부 공간에 주입된 가스를 다시 상기 냉각재 내부로 공급하는 냉각재로의 가스 주입용 장치;를 포함하고 있으며, 상기 가스 시스템이 상기 냉각재-상부 공간(above-coolant space)으로 가스를 공급하고, 그 냉각재-상부 공간으로부터 가스를 제거하도록 원자로에 연결하되,
    상기 가스 시스템을 제어하여 상기 원자로의 상기 냉각재-상부 공간으로의 가스 공급을 보장하고, 상기 원자로의 상기 냉각재-상부 공간으로부터의 가스 제거를 보장하는 상기 가스 시스템의 제어 모듈러스; 및
    상기 냉각재로의 가스 주입용 장치를 제어하여 상기 냉각재-상부 공간으로부터 냉각재로의 가스 주입을 보장하는 상기 냉각재로의 가스 주입용 장치의 제어 모듈러스를 포함하는 원자로의 냉각재에 가스를 주입하는 제어 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가스 시스템의 제어 모듈러스는 상기 냉각재-상부 공간으로의 연속적인 가스 공급 또는 상기 냉각재-상부 공간으로부터의 연속적인 가스 제거를 보장하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자로의 냉각재에 가스를 주입하는 제어 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    타이머를 포함하고, 상기 냉각재로의 가스 주입용 장치의 제어 모듈러스는 냉각재에 주입된 가스가 냉각재에 주입된 가스에서 요구되는 것보다 길지 않은 시간 동안 냉각재에 주입되어 냉각재 표면에 도달하는 것을 보장하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자로의 냉각재에 가스를 주입하는 제어 시스템.
  10. 원자로;
    상기 원자로 내의 냉각재;
    상기 원자로에 연결되고, 냉각재-상부 공간으로 가스를 공급하고, 그 냉각재-상부 공간으로부터 가스를 제거하는 가스 시스템; 및
    상기 냉각재에 부분적으로 수용되고 또한 상기 냉각재-상부 공간에 부분적으로 수용되게 설치되어, 상기 냉각재-상부 공간에 주입된 가스를 다시 상기 냉각재 내부로 공급하는 냉각재로의 가스 주입용 장치를 포함하고 있으며,
    상기 냉각재로의 가스 주입용 장치 및 가스 시스템은 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 또는 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 시스템의 제어 하에 기능하는 원자력 발전소.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가스 시스템은 루프에 연결되는 파이프, 가스 필터 및 펌프를 포함하며, 이의 선단은 상기 원자로의 상기 냉각재-상부 공간으로부터 가스를 수용하고, 말단은 상기 원자로의 상기 냉각재-상부 공간에 가스를 공급하는 원자력 발전소.
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